宇宙那麼大，我們應該怎麼看？

探索 04-29

我從自己才剛入天文坑的時候就開始給人講天文課，到如今恍然已經十多年了。尤其是四年前發起天文教育公益組織「青年天文教師連線」以來，為了幫我們這幾十個教學點上好天文課，我和同事一直在琢磨，用什麼工具才能最好的給學生展現宇宙的美、讓學生了解人類為探索宇宙而付出的巨大努力。

剛好前幾天中國航天日的時候，聽說南航的聞新教授在提倡「遊戲化」的教學——這位大大在「我的世界」里搞了一個詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（題圖），我覺得很有意思，跟我們的思路很合拍。於是用這篇文章，我想來梳理一下，有哪些軟體能讓學生把天文「玩」起來。如果你想知道怎麼在自己的電腦上把這個宇宙「跑」起來，不妨了解一下。

虛擬天文館（Stellarium）

先說一個最常見的：虛擬天文館。一個很流行的免費天象模擬軟體，桌面版和移動版都有；基本上近些年來，這款軟體已經在初等天文教育中佔據統治地位。

它能幹的事，一言以蔽之，就是告訴你現在你所在的地方（或指定的時間、指定的地點）的天上有什麼東西——當然包括各種星座，各種日月行星；它也能載入太陽系內的彗星和小行星資料庫、地球周圍的人造衛星資料庫，預報這些東西出現的位置以及亮度。你可以查看各種常見天體的基本數據，對於比較重要的一些深空天體（星系/星團/星雲），軟體也會顯示一些簡單的貼圖。

虛擬天文館中模擬的月全食，原視頻由油管用戶Wesley N. Sombra錄製

其實跟「虛擬天文館」同時起步的天象軟體有不少，我早年用的比較多的一款叫Cartes du Ciel，還有 TheSky6 之類的也有不少用戶。但是後來虛擬天文館幾乎一統江湖，很直觀的一個原因大概是因為它對晨昏蒙影、日月食之類現象的光學效果做的讓人感到非常逼真、舒適。這大概與它的開源分不開。它的很多第三方模塊也都很優秀。

虛擬天文館可以展示多種不同文化中對星座的想像

萬維望遠鏡（World Wide Telescope, WWT）

這是微軟推出的一個虛擬天文台軟體。

所謂虛擬天文台，與「虛擬天文館」雖然只是一字之差，側重點可大不同。天文台是用來搞科研的，天文館是用來搞科普的。這虛擬天文台，本質上就是一個綜合性的天文資料庫可視化平台。

所謂「綜合性」，就是你可以在WWT裡面瀏覽光學、紅外、紫外、高能、射電等各個波段上各大巡天項目產生的真實的全天圖像數據。因為各個不同波段的輻射可能來自於不同類型的天體，或者不同的物理過程，你在各個波段看到的圖像也就會因而大有不同，視角在不同波段上穿梭，也是蠻有意思的一件事情。

萬維望遠鏡中展示的風車星系，截圖者：Ehud Rattner

從前些年開始，微軟一直在與國家天文台合作推廣WWT，國家天文台每年都會舉辦WWT相關的工作坊和比賽，但是據我感覺用戶不算特別多。我想主要是因為作為閉源軟體的WWT，它的開發團隊據說只有一個人；而在開發進度緩慢的情況下，它還試圖兼顧科研和科普兩方面，但不免顧此失彼，最終兩邊都沒有很好的滿足需求，還略顯臃腫，運行也不甚流暢。

阿拉丁（Aladin）

這其實是一款非常輕量級的「WWT」，它主要面向科研用戶，但是因為做的足夠好用，我想推薦給高級教育用戶也是非常之適宜的。

在阿拉丁中你同樣可以載入多個不同波段的天文圖像，與WWT相比，阿拉丁運行更流暢、更可操作。如果你不指明，它默認載入的是DSS（數字化巡天）的圖像，這是上世紀南北半球各一架1.2米施密特望遠鏡的全天巡天膠片數字化掃描之後產生的一個光學全天影像集，曝光的還算比較深，銀河系中的各種星際捲雲分毫畢現，比「虛擬天文館」這樣的星圖軟體中絕大部分地方只有模擬星點看起來還是爽多了。

阿拉丁展示的南天極附近的DSS影像，可以看到大片的星際塵埃

你還可以載入Simbad天文資料庫條目——這是幾乎最常用的一個科研向綜合天文資料庫，匯總了各類天文文獻中出現的各種天體列表和測量數據。而且由於阿拉丁支持命令行控制，你可以很方便的對一些簡單的操作進行批量化處理。

而如果你自己拍攝了帶坐標信息的圖像，不管是什麼格式，都可以拖到阿拉丁中與可調用的其他資料庫圖像進行對比。阿拉丁還提供一些簡單的測光工具。

谷歌地圖之太空（Google Map / Space)

首先如果你能成功訪問谷歌地圖……切換到衛星照片模式之後，往後退滾輪，把地球切到最小，你就自動進入了太空模式。左邊的菜單欄中會列出目前太陽系中幾乎所有已有遙感影像的天體，金木水火土不一而足，甚至木星、土星等行星的很多衛星也一一在列。

谷歌地圖中展示的冥王星地表

選擇任意表中天體，即可像使用谷歌地球一樣，開始查看這些天體的地表面貌，國際天文學聯合會已經定名的行星地貌也會呈現在相應位置。

這些圖像，哪一個不是朝廷的棟樑（劃掉）數億乃至數十億美元燒出來的。從伽利略號木星探測器到卡西尼號土星探測器，從水手號火星軌道器到新視野號冥王星探測器，近幾十年來行星際探測的成果，在這裡得到了一個相對全面的展現；甚至還有一個國際空間站觀察窗的全景圖（也有一些還沒納入的，例如木星、土星等幾顆巨行星，大概因為沒有固定的表面，無法真實還原）。

谷歌地圖中展示的國際空間站視角全景照片

但是該工具除了能簡單的查閱這些行星遙感影像及地貌名稱外，並沒有提供更多的功能。（舉個栗子，這個網站 quickmap 除了展示月球全球影像，還提供了若干地形測量工具，可以實際用於科學研究。這是谷歌地圖之太空本不難增加的功能。）

太空引擎（Space Engine）

同樣是探索宇宙中的行星地貌，太空引擎里你可以看到的行星數量，是谷歌地圖之太空里的，無數倍。

因為太空引擎本質上是基於一套行星渲染演算法的沙盒遊戲，它最驚艷、最引以為自豪的能力，就是以近乎無限的細節對行星地表進行渲染。

在軟體中，你可以在宇宙中任意的飛馳，「前往」任意一個恆星——對太陽周圍較近距離的，採用真實的星表數據；對比較遠的，用演算法生成，但仍然符合天文學中對恆星類型分布的統計規律。抵達後，你可以查看它的行星系統，並隨意登陸這些行星，查看上面的山水風光。太空引擎尤其長於大氣層、極光等的渲染，對地表的渲染則主要長於山區地貌。說實話玩起來還是很爽的，無垠的宇宙，無盡的邊疆，窮其所欲，盡其所想。

太空引擎模擬的行星地表。截取自油管用戶LifeLive42的作品Harmony

從某版本開始，可以模擬黑洞視界面附近的模樣了。《星際穿越》，不過爾爾。

太空引擎模擬的黑洞吸積盤。截取自油管用戶LifeLive42的作品 Interstellar System

不過它終究只是一套渲染演算法，其產生的地貌複雜度與真實的行星還是難以比較，看的時間長了難免讓人感覺有被套路了的重複感。

宇宙沙盒（Universe Sandbox）

在前面這些軟體中，你只能看不能動。想知道把兩個星系扔向對方，它們會怎麼運動？想知道把火星扔向地球，會發生什麼？你需要宇宙沙盒。

宇宙沙盒模擬的星系併合。截取自油管用戶 The Guardian Devil 錄製的視頻

在這款天體物理模擬器中，你可以發揮想像力，用各種方式毀滅地球（是的很反人類）；你也可以讓一大坨小天體轟擊地球，將其撞至紅熱，來看看太陽系形成初期「大撞擊時期」的地球時什麼樣子；你可以像某些無聊的up主一樣，給地球一直一直一直的加質量，眼睜睜看著它變成一顆恆星。只要你的電腦能hold住，你就可勁折騰吧。